BINGO (Baryon Acoustic Oscillations from Integrated Neutral Gas Observations) es un radiotelescopio de tránsito de 40 m (130 pies) actualmente en construcción que observará la emisión de líneas de hidrógeno desplazadas al rojo (entre z = 0,13 y 0,45) mediante mapeo de intensidad para medir la energía oscura a través de oscilaciones acústicas bariónicas (BAO) en la banda de frecuencia de radio. [1] [2] [3]
El Proyecto BINGO es una colaboración internacional liderada por la Universidad de São Paulo, y también colabora con investigadores de muchos países, como Brasil (Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales y Universidad Federal de Campina Grande), China (Universidad de Yangzhou) e Inglaterra (Universidad de Manchester y University College of London), además del apoyo de instituciones como Shanghai Jiao Tong (China), Institute for Basic Science (Corea del Sur), IAP - Institut d'Astrophysique de Paris (Francia), Universidad de Roma (Italia), IAC - Instituto de Astrofísica de Canarias (España), Max Planck Institute (Alemania), KwaZulu-Natal University (Sudáfrica), Universidade Federal de Itajuba (Brasil) y Universidade Federal do Cariri (Brasil). [3]
El radiotelescopio es financiado principalmente por la Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) [4] y por el Gobierno del Estado de Paraíba, siendo supervisado por el investigador Elcio Abdalla, del Instituto de Física de la Universidad de São Paulo.
BINGO constará de dos espejos: el espejo primario de 40 metros refleja la radiación del cielo hacia el espejo secundario que luego dirige la radiación a un plano focal de 28 bocinas . Las señales luego se enfocarán en un receptor y un espectrómetro , después de lo cual los datos se analizarán a través de un conducto de análisis de datos en una computadora. [4]
El radiotelescopio se instalará en la Serra do Urubu, cerca de la ciudad de Aguiar, Paraíba , en el nordeste de Brasil. [5] Se evaluaron otras ubicaciones en Uruguay, Rio Grande do Sul, São Paulo y Goiás. La elección de la localidad de Paraíba se debió al bajo nivel de interferencia de radiofrecuencia en el sitio. [6]
El telescopio operará en el rango de frecuencia de 0,98 GHz a 1,26 GHz. [7] Con un conjunto de bocinas de alimentación de 28 receptores, mapeará una franja de declinación de 15° a medida que el cielo se desplaza más allá del campo de visión del telescopio. En marzo de 2018, el ensamblaje del telescopio y el diseño y fabricación de la bocina estaban en marcha en Brasil. [7] Se espera que la construcción finalice alrededor de 2022. [8]
El hidrógeno es el elemento más abundante del Universo, constituyendo aproximadamente el 75% de toda la materia conocida, también conocida como materia bariónica. Se encuentra disponible en muchas formas diferentes, entre las cuales el hidrógeno neutro (HI) es la más común. Según la Mecánica Cuántica, sólo pueden ocurrir ciertas transiciones electrónicas, lo que limita la energía de los fotones emitidos y, por lo tanto, las líneas de emisión que se pueden observar. Debido a la interacción entre el espín del protón y el electrón, existe una diferencia de energía muy pequeña asociada al estado de espín alineado y al estado de espín antiparalelo, que produce un fotón de longitud de onda de 21 cm, equivalente a una frecuencia de 1,4 GHz. Este proceso se llama transición de espín-inversión y está asociado con la estructura fina del Hidrógeno.
El radiotelescopio BINGO, actualmente en construcción en São Paulo y cuya instalación se está llevando a cabo en la región de Piancó, en la sierra de Urubu, en el interior del estado de Paraíba , desempeña un papel catalizador en el desarrollo regional tanto de São Paulo como del nordeste de Brasil. Además de sus avances científicos e innovadores, el radiotelescopio presenta una multitud de posibilidades para el crecimiento regional y nacional.
En este contexto, el proyecto cuenta con un equipo de Educación y Difusión Científica integrado por investigadores, educadores, comunicadores científicos, periodistas y otros profesionales de la comunicación. Este equipo interdisciplinario participa activamente en la construcción y fortalecimiento de una cultura científica. Los esfuerzos de colaboración entre el Instituto de Física y el Centro de Comunicación y Educación de la USP , el Laboratorio de Estudios Avanzados en Periodismo de la Unicamp y la UFCG se centran en el desarrollo de iniciativas tanto en São Paulo como en Paraíba dedicadas a la educación y la difusión científica. [9]
La región de Piancó se caracteriza por ser una de las áreas económicamente desfavorecidas del estado de Paraíba, con indicadores educativos por debajo de la media estatal. Además, es la que tiene el menor acceso a la educación superior de la región. Aunque en las ciudades de Piancó se están llevando a cabo proyectos de infraestructura como cableado de fibra óptica y recursos para sistemas de gobernanza digital, la implementación efectiva de estas iniciativas es limitada debido a la escasez de profesionales especializados en la región.
El radiotelescopio BINGO tiene un potencial significativo para intervenir en los sistemas productivos regionales, contribuyendo a mejorar la capacitación de la fuerza laboral y dinamizando la economía en zonas desfavorecidas. Las acciones que se desarrollan en esta región tienen como objetivo no sólo crear nuevas oportunidades de empleo sino también brindar nuevas perspectivas a los ciudadanos mediante el establecimiento y fortalecimiento de una cultura científica local.
Considerando que BINGO se convertirá en parte integral de la vida cotidiana de las personas en la región de Piancó, podemos aprovechar la curiosidad natural en torno a la instalación del radiotelescopio para promover la formación de una cultura científica en las escuelas locales. En la ciudad de Aguiar, donde se está instalando el radiotelescopio BINGO, la cosmología juega un papel fundamental en el establecimiento y fortalecimiento de una cultura STEAM (Ciencia, Tecnología, Ingeniería, Artes y Matemáticas). Este trabajo se lleva a cabo con el apoyo de la Universidad Federal de Campina Grande ( UFCG ), que ha destinado recursos para este fin.
La UFCG mantiene un campus en Cajazeiras, la mayor ciudad del sertón paraibano, enfocado en la formación de profesores. El proyecto BINGO incluye la construcción de un museo de ciencias dedicado a la astronomía en el sertón, donde también se instalará la sala de control del radiotelescopio. Este museo tendrá un papel central en la divulgación científica y servirá como centro para actividades educativas y futuros cursos de posgrado en el área. El radiotelescopio BINGO cuenta con un equipo dedicado a la Educación y la Divulgación Científica. El proyecto está actualmente en construcción en São Paulo y se instalará en el sertón paraibano, en la región conocida como Piancó. Además de su potencial innovador y de desarrollo científico, el radiotelescopio ofrece varias posibilidades para impulsar el desarrollo regional, tanto en São Paulo como en el Nordeste de Brasil.
En este contexto, el equipo de Educación y Difusión Científica está compuesto por investigadores, educadores, comunicadores científicos, periodistas y otros profesionales de la comunicación. Este equipo está comprometido con la construcción y el fortalecimiento de una cultura científica en la región. El Instituto de Física y el Centro de Comunicación y Educación de la USP, el Laboratorio de Estudios Avanzados en Periodismo de la Unicamp y la Universidad Federal de Campina Grande desarrollan iniciativas en São Paulo y Paraíba enfocadas en la educación y la difusión científica.
La región de Piancó es considerada una de las más pobres de Paraíba, con indicadores educativos por debajo de la media estatal y acceso limitado a la educación superior. Aunque existen proyectos de cableado de fibra óptica y recursos destinados a la creación de sistemas de gobernanza digital en las ciudades de la región, la falta de profesionales especializados dificulta la implementación efectiva de esas iniciativas.
El proyecto BINGO tiene el potencial de intervenir en los sistemas productivos de la región, contribuyendo a la mejora de la formación de la mano de obra y a la dinamización económica de zonas desfavorecidas. Las acciones desarrolladas en la región pretenden no sólo crear nuevas oportunidades de empleo sino también promover una nueva perspectiva para los ciudadanos a través del establecimiento y fortalecimiento de una cultura científica.
Dado que el radiotelescopio BINGO pasará a formar parte de la vida cotidiana de los habitantes de la región de Piancó, podremos aprovechar la curiosidad natural que rodea su instalación para promover la formación de una cultura científica en las escuelas locales.
El radiotelescopio BINGO juega un papel fundamental en la promoción de la investigación científica y la formación de especialistas para la educación superior, impulsando así la construcción de conocimiento científico y el desarrollo de profesionales para el mercado nacional. [10]
El proyecto BINGO ha sido objeto de estudio por parte de estudiantes de grado y doctorado de diversas instituciones participantes. En Brasil, estos estudiantes reciben becas y ayudas otorgadas por la Fundación de Apoyo a la Investigación Científica del Estado de São Paulo ( FAPESP ), la Coordinación de Perfeccionamiento del Personal de Nivel Superior ( CAPES ), el Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico ( CNPq ) y la Prorrectoría de Investigación y Extensión de la Universidad Federal de Campina Grande .
El BINGO es un radiotelescopio con un diseño óptico Crossed Dragone . Este diseño utiliza dos espejos principales para captar y dirigir la radiación entrante del cielo. El espejo primario tiene una forma paraboloide con un semieje menor de 20 metros de radio, y su función es captar la radiación. Esta radiación luego se refleja en el espejo secundario, que tiene una forma hiperboloide con un semieje menor de 17,8 metros, dirigiendo las señales al plano focal donde se ubican las 28 antenas de bocina. [11] [12]
En el plano focal, hay 28 antenas de bocina que recogen la radiación para los receptores. La disposición de estas antenas de bocina sigue un esquema llamado Doble Rectangular, donde se colocan cuatro columnas de siete antenas de bocina una al lado de la otra. Esta disposición permite que cada antena de bocina cubra el hueco de observación de la otra, lo que permite una observación más uniforme del cielo (el mapeo del cielo se logra a través de la rotación de la Tierra). Esta decisión de disposición se tomó considerando que el BINGO es un telescopio de tránsito, lo que significa que emplea la estrategia de escaneo de deriva. En esta estrategia, el telescopio apunta hacia una región de altitud y acimut fijos, y el mapeo del cielo se logra a través de la rotación de la Tierra.
El Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales (INPE) participa en el desarrollo del diseño, la construcción de prototipos y las pruebas de las antenas de bocina, así como de la parte electrónica del radiotelescopio. Además, el INPE contribuye al desarrollo y prueba de técnicas de calibración y análisis de datos. El instituto también forma parte del comité de gestión del proyecto. [13]
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El radiotelescopio BINGO fue diseñado con énfasis en la reducción de costos en comparación con otros equipos de la misma categoría a nivel mundial. Si bien algunos de los componentes electrónicos ya están disponibles en el mercado, tres elementos clave del radiotelescopio - las bocinas, las guías de onda polarimétricas (o magic-tees) y los backends digitales - presentan desafíos tecnológicos que están siendo superados por el equipo de investigadores del proyecto. [14]
La tecnología y los procesos utilizados para desarrollar y construir estos componentes tienen aplicaciones en diversos campos y ofrecen oportunidades para la industria nacional.
Los cuernos son los elementos responsables de la alta sensibilidad requerida en la detección de señales cósmicas.
El prototipo fue desarrollado en el Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales (INPE), donde investigadores e ingenieros del INPE brindaron capacitación y orientación a la industria local para la construcción del prototipo. Este avance tecnológico representa un resultado significativo que puede contribuir al desarrollo de la industria nacional de telecomunicaciones, permitiendo el desarrollo de nuevas técnicas de construcción de antenas.
Los cuernos están compuestos por anillos de aluminio extruido con forma de silla, desarrollados por el equipo de investigadores e ingenieros del proyecto. Este perfil permite optimizar la producción, reduciendo el uso de materias primas y, en consecuencia, abaratando los costos del proyecto.
El radiotelescopio se instalará en Serra do Urubu, en el municipio de Aguiar, Paraíba. Se evaluaron varias ubicaciones, entre ellas Uruguay, Rio Grande do Sul, São Paulo y Goiás. La elección de la ubicación en Paraíba se basó en que tiene el nivel más bajo de interferencia de radiofrecuencia (RFI) entre las opciones consideradas. [15]
Actualmente, el radiotelescopio Uirapuru está en funcionamiento, instalado en la Universidad Federal de Campina Grande. Consiste en una antena de bocina que se está utilizando para pruebas operativas antes de la instalación de las antenas de bocina BINGO. En el futuro, el Uirapuru servirá como prototipo para un conjunto de detectores llamados "outriggers", diseñados para mejorar la búsqueda de señales FRB de BINGO. [16]
1) El proyecto BINGO - I. Oscilaciones acústicas bariónicas a partir de observaciones integradas de gas neutro.
2) El proyecto BINGO - II. Descripción del instrumento.
3) El Proyecto BINGO - III. Diseño óptico y optimización del plano focal.
4) El proyecto BINGO - IV. Simulaciones para la evaluación del desempeño de la misión y la etapa preliminar de separación de componentes.
5) El Proyecto BINGO V: Pasos adicionales en separación de componentes y análisis biespectral.
6) El proyecto BINGO - VI. Distribución de ocupaciones de halo HI y construcción simulada.
7) El Proyecto BINGO VII: Pronósticos cosmológicos a partir del mapeo de intensidad de 21 cm.
8) El proyecto BINGO - VIII. Recuperación de la señal BAO en simulaciones de mapeo de intensidad HI.
9) Oscilaciones acústicas bariónicas a partir de observaciones integradas de gas neutro: construcción y prueba de bocina corrugada de banda ancha.
10) Oscilaciones acústicas bariónicas a partir de observaciones integradas de gases neutros: un instrumento para observar la línea de hidrógeno de 21 cm en el rango de corrimiento al rojo 0,13 < z < 0,45 – actualización de estado.
11) Oscilaciones acústicas bariónicas a partir de observaciones integradas de gas neutro: mediciones de interferencia de radiofrecuencia y selección del sitio del telescopio.
12) Prueba de modelos de sincrotrón y resolución de frecuencia en mapas simulados BINGO 21 cm utilizando GNILC.
BINGO cuenta con el financiamiento de la Fundación de Apoyo a la Investigación del Estado de São Paulo (FAPESP), MCTIC – FINEP. [17] Las instituciones participantes del Proyecto BINGO son: [7] [18]